Java编程之桥接模式

定义

桥接模式（Bridge Pattern）属于结构型设计模式，它的核心意图是将抽象部分与实现部分分离，使它们可以独立地变化。这种模式通过组合关系来替代继承关系，从而降低了抽象和实现这两个可变维度之间的耦合度。

用例子来解析下这段拗口的定义，假设我们要开发一个奶茶店点单系统，需要处理以下两个独立变化的维度：
奶茶种类：珍珠奶茶、椰果奶茶、布丁奶茶（会不断增加新品）
杯子大小：中杯、大杯、超大杯（规格会经常调整）
如果用传统继承方式实现，会出现可怕的类爆炸：

// 传统继承方式的类爆炸问题
class 中杯珍珠奶茶 {}
class 大杯珍珠奶茶 {}
class 超大杯珍珠奶茶 {}
class 中杯椰果奶茶 {}
class 大杯椰果奶茶 {}
// ...类数量会指数级增长！

桥接模式的出现就是为了避免不同维度来定义类的爆炸性数字增长。

桥接模式的关键角色

1. 抽象化角色（Abstraction）：定义抽象类的接口，并且维护一个对实现化对象的引用。
2. 扩展抽象化角色（Refined Abstraction）：对抽象化角色进行扩展。
3. 实现化角色（Implementor）：定义实现类的接口，这个接口不一定要与抽象化角色的接口完全一致，实际上这两个接口可以完全不同。
4. 具体实现化角色（Concrete Implementor）：实现了实现化角色所定义的接口。

桥接模式的适用情形

• 当你不希望抽象部分和实现部分存在固定的绑定关系时，例如这种关系需要在运行时动态确定。
• 当一个类存在多个变化维度，并且这些维度都需要独立进行扩展时。
• 当你需要在多个对象间共享实现，同时又不希望使用继承或因为使用继承会导致产生大量的子类时。

简单示例

下面通过一个简单的示例来展示桥接模式的应用。假设我们要开发一个跨平台的图形绘制应用，该应用能够在不同操作系统上绘制不同形状的图形。

首先定义实现化角色（图形绘制API）：

// 实现化角色：图形绘制API
interface DrawingAPI {
    void drawCircle(double x, double y, double radius);
}

接着是具体实现化角色（不同操作系统的绘制实现）：

// 具体实现化角色：Windows系统的绘制实现
class WindowsDrawingAPI implements DrawingAPI {
    @Override
    public void drawCircle(double x, double y, double radius) {
        System.out.printf("Windows上绘制圆形：圆心坐标(%.2f,%.2f)，半径%.2f%n", x, y, radius);
    }
}

// 具体实现化角色：Linux系统的绘制实现
class LinuxDrawingAPI implements DrawingAPI {
    @Override
    public void drawCircle(double x, double y, double radius) {
        System.out.printf("Linux上绘制圆形：圆心坐标(%.2f,%.2f)，半径%.2f%n", x, y, radius);
    }
}

然后定义抽象化角色（形状）：

// 抽象化角色：形状
abstract class Shape {
    protected DrawingAPI drawingAPI;

    protected Shape(DrawingAPI drawingAPI) {
        this.drawingAPI = drawingAPI;
    }

    public abstract void draw();
}

再是扩展抽象化角色（具体形状）：

// 扩展抽象化角色：圆形
class CircleShape extends Shape {
    private double x, y, radius;

    public CircleShape(double x, double y, double radius, DrawingAPI drawingAPI) {
        super(drawingAPI);
        this.x = x;
        this.y = y;
        this.radius = radius;
    }

    @Override
    public void draw() {
        drawingAPI.drawCircle(x, y, radius);
    }
}

最后是客户端代码：

// 客户端代码
public class BridgePatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 在Windows系统上绘制圆形
        Shape windowsCircle = new CircleShape(100, 100, 50, new WindowsDrawingAPI());
        windowsCircle.draw();

        // 在Linux系统上绘制圆形
        Shape linuxCircle = new CircleShape(200, 200, 100, new LinuxDrawingAPI());
        linuxCircle.draw();
    }
}

代码解释

• DrawingAPI 接口是实现化角色，它定义了绘制图形的基本操作。
• WindowsDrawingAPI 和 LinuxDrawingAPI 是具体实现化角色，它们分别实现了在不同操作系统上绘制圆形的具体逻辑。
• Shape 抽象类是抽象化角色，它持有一个 DrawingAPI 接口的引用，从而将抽象部分和实现部分分离开来。
• CircleShape 类是扩展抽象化角色，它继承自 Shape 类，并实现了具体的绘制方法。
• 在客户端代码中，可以根据需要动态地组合不同的抽象部分和实现部分。

桥接模式的优缺点

优点：

• 分离抽象和实现部分，降低了系统的耦合度。
• 提高了系统的可扩展性，抽象部分和实现部分可以独立进行扩展。
• 实现细节对客户端透明，可以隐藏实现细节。

缺点：

• 桥接模式的引入会增加系统的理解和设计难度，因为它需要识别出系统中两个独立变化的维度。
• 正确使用桥接模式需要对抽象和实现有清晰的理解。

通过桥接模式，你可以设计出更加灵活、可扩展的系统，有效应对多个维度的变化。